علوم

في علم الفيزياء النظرية والفيزياء الكونية الكوسمولوجيا العديد من النظريات والمنظّرين الذي أسهموا في تطور هذه العلوم من بينهم كارلو روفيللي وبرايان غرين وماكس تيغمارك وبالطبع آينشتاين وماكس بلانك وبور وشرودينغر وهيزنبيرغ وغيرهم وهذه ومضات قصيرة عنهم وعنهم مساهماتهم:

النسبية هي مصطلح يمكن أن يشير إلى العديد من النظريات الفيزيائية التي طورها ألبرت أينشتاين في بداية القرن العشرين، والتي أحدثت ثورة في فهمنا للمكان والزمان والجاذبية.

تم تطوير أول هذه النظريات، النسبية الخاصة، في عام 1905 وقدمت مفهوم ثبات سرعة الضوء، مما يعني أن قوانين الفيزياء هي نفسها لجميع المراقبين في حركة موحدة. قدمت النسبية الخاصة أيضًا المعادلة الشهيرة E = mc²، والتي تنشئ علاقة بين الكتلة والطاقة.

تم تطوير النظرية الثانية، النسبية العامة، في عام 1915 وتصف كيف أن الجاذبية هي نتيجة لانحناء الزمكان بسبب وجود الكتلة والطاقة. أوضحت النسبية العامة ظواهر مثل انحراف الضوء بواسطة الكتل والانزياح الأحمر للضوء المنبعث من الأجسام المتحركة في مجال الجاذبية.

كان للنسبية آثار مهمة على الفيزياء، وعلم الكونيات، وفلسفة العلوم، ومكنت التقدم التكنولوجي مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تستمر نظرية النسبية في الدراسة والاختبار التجريبي اليوم.

الزمكان هو مفهوم أساسي في الفيزياء، يصف الكون على أنه سلسلة متصلة تتكون من ثلاثة أبعاد مكانية وبُعد زمني واحد. تم تطويره من قبل ألبرت أينشتاين في نظريته في النسبية الخاصة والممتدة.

وفقًا لهذه النظرية، يعد الزمكان كيانًا ديناميكيًا يمكن أن يتشوه بوجود الكتلة والطاقة. يسمى هذا التشوه انحناء الزمكان. على سبيل المثال، الجاذبية هي مظهر من مظاهر انحناء الزمكان بسبب وجود الكتلة.

لقد أحدثت نظرية النسبية ثورة في فهمنا للكون، حيث أظهرت أن المكان والزمان ليسا كيانين منفصلين ومستقلين، لكنهما متشابكان ومترابطان. وقد أدت أيضًا إلى فهم أفضل لظواهر مثل تمدد الزمن وتقلص الطول والتأثيرات النسبية التي تحدث بسرعات قريبة من سرعة الضوء.

لذلك فإن الزمكان هو مفهوم أساسي في الفيزياء، والذي يسمح لنا بفهم بنية الكون والقوانين التي تحكمه.

ميكانيكا الكم هي فرع من فروع الفيزياء التي تدرس الظواهر الفيزيائية على نطاق مجهري، مثل الذرات والجسيمات دون الذرية. تم تطويره في بداية القرن العشرين لحل مشاكل معينة في فهم خصائص الذرات والجزيئات، ومنذ ذلك الحين له العديد من التطبيقات في مجالات مثل الكيمياء، وفيزياء المواد، والبيولوجيا، والإلكترونيات، والحوسبة الكمومية.

تختلف المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم عن تلك الموجودة في الفيزياء الكلاسيكية، التي تصف الظواهر العيانية مثل حركات الأجسام في بيئتنا اليومية. في ميكانيكا الكم، يتم وصف الجسيمات من حيث وظائف الموجة، والتي لديها احتمال العثور على جسيم في موضع معين أو بزخم معين. الظواهر الكمومية مثل التداخل والتشابك هي أيضًا مفاهيم أساسية في ميكانيكا الكم، والتي غالبًا ما تعتبر غريبة وغير بديهية.

ميكانيكا الكم لها آثار مهمة على فهمنا للواقع المادي، خاصة بالنسبة لمفهوم الحتمية والسببية. وهو أيضًا أساس التقنيات المبتكرة، مثل الليزر والترانزستورات وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

نظرية الأوتار، المعروفة أيضًا باسم نظرية الأوتار الفائقة، هي محاولة لحل واحدة من أكبر المشاكل في الفيزياء النظرية: كيفية توحيد النسبية العامة لأينشتاين، التي تصف الجاذبية واسعة النطاق، وفيزياء الكم، التي تصف سلوك الجسيمات دون الذرية.

تفترض نظرية الأوتار أن الجسيمات دون الذرية ليست نقاطًا شبيهة بالنقاط، بل هي سلاسل اهتزازية أحادية البعد، تؤدي اهتزازاتها إلى ظهور جسيمات وقوى مختلفة في الكون. توسع نظرية الأوتار الفائقة هذه الفكرة من خلال تضمين مفهوم التناظر الفائق، الذي يفترض وجود جسيمات فائقة التناظر لكل جسيم معروف.

أثارت نظرية الأوتار الكثير من الإثارة بين علماء الفيزياء النظرية بسبب قدرتها على حل بعض أعمق المشاكل في الفيزياء، مثل توحيد قوانين الفيزياء وطبيعة الجاذبية الكمومية. ومع ذلك، فإنها تظل نظرية مضاربة لم يتم إثباتها بالتجارب بعد. أثارت بعض المراجعات أيضًا أسئلة حول صفة غير قابلة للتزوير لنظرية الأوتار وحقيقة أنه قد يكون من الصعب اختبارها تجريبياً.

الجاذبية الكمية الحلقية هي محاولة لتطوير نظرية الجاذبية الكمومية باستخدام نهج قائم على الحلقة. تستند هذه النظرية إلى فكرة أن الزمكان منفصل، أي أنه يتكون من كميات محدودة ومتميزة، بدلاً من سلسلة متصلة غير قابلة للقسمة بلا حدود. تفترض نظرية الحلقة أيضًا أن الزمكان ديناميكي، أي أنه يمكن وصفه بأنه مجموعة من الحلقات تعتمد على نقاط في الزمكان.

تعد الجاذبية الكمية الحلقية نهجًا واعدًا بشكل خاص لحل مشكلة توحيد النسبية العامة لأينشتاين مع فيزياء الكم، لأنها تتيح للجاذبية أن تُعامل كقوة كمومية. في الواقع، في نظرية الحلقة، توصف الجاذبية بأنها تتوسط بواسطة جسيمات تسمى الغرافيتونات، والتي تتفاعل مع بعضها البعض لإنتاج قوة الجاذبية.

ومع ذلك، على الرغم من العديد من التطورات في نظرية الحلقات على مدى العقود القليلة الماضية، لا تزال الجاذبية الكمية الحلقية نظرية مضاربة ولم يتم إثباتها تجريبيًا. تكمن الصعوبة الرئيسية في أن المقاييس اللازمة لمراقبة تأثيرات الجاذبية الكمية الحلقية صغيرة للغاية، بترتيب طول بلانك، مما يجعل الاختبار التجريبي صعبًا للغاية.

الكون المتعدد هو فرضية علمية تشير إلى أن كوننا يمكن أن يكون واحدًا من العديد من الأكوان الموجودة، ولكل منها خصائصه وخصائصه الفيزيائية. وفقًا لهذه النظرية، هناك عدد لا حصر له من الأكوان المتوازية، تسمى أيضًا "العوالم المتوازية" أو "الأكوان المتوازية"، والتي تتعايش مع كوننا.

تستند هذه الفكرة إلى العديد من النظريات العلمية، مثل نظرية التضخم الكوني، ونظرية الأوتار، ونظرية ألبرت أينشتاين للنسبية العامة. على الرغم من أن وجود الكون المتعدد يُعد حاليًا فرضية، إلا أن العديد من العلماء يعتقدون أنه يمكن أن يقدم إجابات لأسئلة أساسية في الفيزياء، مثل طبيعة المكان والزمان.

من المهم أن نلاحظ أن الكون المتعدد لا يزال تخمينيًا إلى حد كبير ولا يوجد دليل تجريبي على وجوده حتى الآن. ومع ذلك، فإن البحث مستمر لمحاولة الكشف عن العلامات غير المباشرة لوجود الكون المتعدد، مثل الحالات الشاذة في إشعاع الخلفية الكونية أو ملاحظات القوانين الفيزيائية التي لا يمكن تفسيرها من خلال كوننا وحده.

نظرية كل شيء (بالإنجليزية، نظرية كل شيء) هي فرضية علمية تهدف إلى توحيد القوى الأساسية الأربعة للطبيعة: القوة الكهرومغناطيسية، القوة النووية الضعيفة، القوة النووية القوية والجاذبية، في نفس النظرية المتماسكة . ستكون هذه النظرية قادرة على وصف جميع الظواهر في الكون على جميع المستويات، من فيزياء الجسيمات دون الذرية إلى علم الكونيات.

كان البحث عن نظرية لكل شيء هدفًا رئيسيًا للفيزياء النظرية لعدة عقود، ولكن لا يوجد حتى الآن إجماع علمي على أفضل نهج لتحقيق ذلك. تم اقتراح العديد من النظريات، مثل نظرية الأوتار، والجاذبية الكمية الحلقية، ونظرية M، ونظرية التناظر الفائق.

ومع ذلك، فإن هذه النظريات لها حدود ويظل هناك تحديات نظرية وتجريبية مهمة يتعين حلها لتحقيق نظرية كل شيء. على سبيل المثال، تظل الجاذبية الكمية وفهم الطاقة المظلمة والمادة المظلمة من التحديات الرئيسية للفيزياء النظرية الحديثة.

الزمن هو البعد الأساسي للكون الذي نعيش فيه، لكن طبيعته الحقيقية تظل مسألة مفتوحة ومعقدة في الفيزياء والفلسفة. وفقًا للفيزياء الكلاسيكية، يُعتبر الزمن كيانًا مطلقًا وعالميًا يتدفق بطريقة خطية وثابتة مستقلة عن أي حدث أو ملاحظة.

ومع ذلك، فقد أظهرت الفيزياء الحديثة، ولا سيما نظرية النسبية الخاصة والعامة، أن الزمن نسبي ويعتمد على الراصد والسرعة والجاذبية. وفقًا لهذه النظريات، يمكن أن يختلف تدفق الزمن اعتمادًا على موقع الراصد وسرعته، ويمكن تنشيطه من خلال وجود حقول جاذبية مكثفة.

بالإضافة إلى ذلك، اقترح بعض الفيزيائيين نظريات الكم للوقت التي تتحدى فكرة تدفق الزمن وتصف الزمن بأنه بُعد ثابت وثابت، لا ينكشف بل يكشف عن نفسه تدريجيًا.

باختصار، إن طبيعة الزمن هي قضية معقدة لا يزال العلماء والفلاسفة يستكشفونها ويناقشونها.

إن مسألة أصل الزمن موضوع شائع. معقدة تمت دراستها من قبل الفلاسفة والفيزيائيين وعلماء الكون لعدة قرون. وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، فإن الزمن هو أحد أبعاد الزمكان، والذي يمكن أن يتأثر بالجاذبية والسرعة.

لذلك فإن أصل الزمن مرتبط بأصل الكون نفسه. وفقًا لنظرية الانفجار العظيم، بدأ الكون في الوجود منذ حوالي 13.8 مليار سنة، من حالة كثافة عالية جدًا ودرجة حرارة عالية جدًا. قبل هذه النقطة، لم يكن هناك مكان ولا وقت، وبغض النظر عما نعرفه. لذلك في هذه اللحظة كان الوقت قد بدأ في الوجود.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن هذه النظرية تستند إلى الملاحظات والحسابات، ولا تزال قيد التطوير والتحقق. من الممكن أن تؤدي الاكتشافات والنظريات الجديدة إلى تغيير فهمنا الحالي لأصل الزمن.

الكون المتعدد هو فرضية علمية تشير إلى أن كوننا يمكن أن يكون واحدًا من العديد من الأكوان الموجودة، ولكل منها خصائصه وخصائصه الفيزيائية. وفقًا لهذه النظرية، هناك عدد لا حصر له من الأكوان المتوازية، تسمى أيضًا "العوالم المتوازية" أو "الأكوان المتوازية"، والتي تتعايش مع كوننا.

تستند هذه الفكرة إلى العديد من النظريات العلمية، مثل نظرية التضخم الكوني، ونظرية الأوتار، ونظرية ألبرت أينشتاين للنسبية العامة. على الرغم من أن وجود الكون المتعدد يُعد حاليًا فرضية، إلا أن العديد من العلماء يعتقدون أنه يمكن أن يقدم إجابات لأسئلة أساسية في الفيزياء، مثل طبيعة المكان والزمان.

من المهم أن نلاحظ أن الكون المتعدد لا يزال تخمينيًا إلى حد كبير ولا يوجد دليل تجريبي على وجوده حتى الآن. ومع ذلك، فإن البحث مستمر لمحاولة الكشف عن العلامات غير المباشرة لوجود الكون المتعدد، مثل الحالات الشاذة في إشعاع الخلفية الكونية أو ملاحظات القوانين الفيزيائية التي لا يمكن تفسيرها من خلال كوننا وحده.

الانفجار العظيم نظرية علمية تصف أصل الكون وتطوره. وفقًا لهذه النظرية، بدأ الكون كنقطة تفرد - نقطة ساخنة وكثيفة وصغيرة بلا حدود - منذ حوالي 13.8 مليار سنة. ثم تمدد بسرعة في عملية تعرف باسم التضخم الكوني، والتي تسببت في تبريد الكون وتقليل كثافته.

مع توسع الكون، بدأت المادة والطاقة في التكون واندمجت في النهاية لتشكيل النجوم والمجرات والأجرام السماوية الأخرى. كان الكون المبكر يتألف في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، ولكن بمرور الوقت قامت النجوم بدمج هذه العناصر معًا لتكوين عناصر أثقل بما في ذلك الكربون والنيتروجين والأكسجين.

يتم دعم نظرية الانفجار العظيم من خلال مجموعة كبيرة من الأدلة الرصدية، بما في ذلك إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف، ووفرة عناصر الضوء في الكون، وهيكل الكون واسع النطاق. على الرغم من هذه الأدلة، لا تزال هناك بعض الألغاز المحيطة بالانفجار العظيم، بما في ذلك طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، والتي يعتقد أنها تشكل غالبية محتوى الطاقة الكتلي في الكون.

The Big Bounce هو نموذج كوني افتراضي يقترح أن الكون يمر بدورات من التوسع والانكماش. وفقًا لهذه النظرية، يبدأ الكون بانفجار كبير، ويتمدد لمليارات السنين، ثم ينهار إلى حالة كثيفة ساخنة تُعرف باسم الأزمة الكبيرة. ومع ذلك، فبدلاً من توقف الكون عن الوجود، تسببت الأزمة الكبيرة في إحداث انفجار كبير آخر، مما تسبب في توسع الكون وإعادة الدورة من جديد.

تستند هذه الفكرة إلى نظرية المصير النهائي للكون، والتي تحددها كمية المادة في الكون ومعدل تمددها. إذا كان هناك ما يكفي من المادة في الكون، فإن الجاذبية ستتغلب في النهاية على التمدد، مما يؤدي إلى الانهيار. ومع ذلك، إذا كان الكون يتوسع بمعدل متسارع بسبب الطاقة المظلمة، فقد لا تحدث الأزمة الكبرى وسيستمر الكون في التوسع إلى ما لا نهاية.

لا تزال نظرية Big Bounce تعتبر تخمينية ومثيرة للجدل، ولا يوجد حاليًا دليل مباشر يدعمها. ومع ذلك، لا يزال مجالًا نشطًا للبحث في علم الكونيات، ويستكشف العلماء باستمرار طرقًا جديدة لدراسة الكون وفهم أصوله ومصيره النهائي بشكل أفضل.

The Big Rip Theory هي فرضية كونية تشير إلى أن توسع الكون يمكن أن يتسارع أضعافًا مضاعفة في مرحلة ما في المستقبل، مما سيؤدي في النهاية إلى تمزيق المادة على نطاق ذري وتدميرها تمامًا. NT الكون.

تستند هذه النظرية إلى فكرة أن الطاقة المظلمة، وهي شكل افتراضي للطاقة يُعتقد أنها مسؤولة عن تسريع توسع الكون، يمكن أن يكون لها خصائص تؤدي إلى زيادة شدتها عندما يتوسع الكون. إذا حدث هذا، ستصبح الطاقة المظلمة قوية بما يكفي للتغلب على قوة الجاذبية التي ستحافظ على المجرات والنجوم وحتى الذرات معًا، مما يتسبب في تمدد الكون بمعدل متزايد باستمرار.

إذا استمر هذا التسارع إلى أجل غير مسمى، فسيتمدد الكون في النهاية إلى النقطة التي سيتم فيها التغلب على القوى الأساسية التي تربط المادة معًا، وحتى الجسيمات الذرية ستمزق إلى أشلاء. يُعرف هذا السيناريو الكارثي باسم التمزق الكبير.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن نظرية التمزق الكبير هي حاليًا مجرد فرضية، والعديد من الفرضيات الكونية الأخرى تتنافس أيضًا على تفسير توسع الكون. الملاحظات الحالية لا تؤكد أو تبطل هذه النظرية بشكل قاطع، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم مستقبل الكون بشكل أفضل.

ماكس تيغمارك عالم فيزياء وكونيات سويدي أمريكي معروف بإسهاماته في مجال الفيزياء النظرية، لا سيما في مجالات علم الكونيات وفيزياء الوعي. يعمل حاليًا أستاذًا للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وعضو في معهد الأسئلة التأسيسية (FQXi).

تشمل اهتمامات تغماركTegmark البحثية دراسة الكون المبكر، وطبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وفرضية الأكوان المتعددة، والعلاقة بين الفيزياء والوعي. وقد كتب أيضًا العديد من الكتب العلمية الشهيرة، بما في ذلك "كوننا الرياضي: بحثي عن الطبيعة المطلقة للواقع" و "الحياة 3.0: أن تكون إنسانًا في عصر الذكاء الاصطناعي".

حصل تغمارك Tegmark على العديد من الجوائز والأوسمة لمساهماته في الفيزياء، بما في ذلك جائزة James Clerk Maxwell للفيزياء النظرية من الجمعية الفيزيائية الأمريكية وجائزة Crafoord في علم الفلك والرياضيات من الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم.

بريان غرين عالم فيزياء ورياضيات معروف بعمله في مجال نظرية الأوتار. ولد في 9 فبراير 1963 في نيويورك ونشأ في مانهاتن. حصلت غرين على درجة البكالوريوس من جامعة هارفارد وعلى الدكتوراه. من جامعة أكسفورد.

يعمل حاليًا أستاذًا للفيزياء والرياضيات بجامعة كولومبيا ومؤسسًا مشاركًا لمهرجان العلوم العالمي، وهو حدث لتعليم العلوم العامة يُعقد سنويًا في مدينة نيويورك.

ألّف غرين العديد من الكتب العلمية الشهيرة، بما في ذلك الكون الأنيق "The Elegant Universe" ونسيج الكون "The Fabric of the Cosmos" و الواقع الخفي"The Hidden Reality"، والتي تستكشف حدود الفيزياء وعلم الكونيات. كما أنه ضيف متكرر في البرامج التلفزيونية والأفلام الوثائقية التي تتناول مواضيع علمية.

حصل غرين على العديد من الجوائز والأوسمة عن عمله، بما في ذلك جائزة ديراك من المركز الدولي للفيزياء النظرية، وجائزة يوليوس إدغار ليلينفيلد من الجمعية الفيزيائية الأمريكية، وقائمة تايم 100 لأكثر الأشخاص نفوذاً في العالم.

كارلو روفيلي عالم فيزياء نظري إيطالي ولد عام 1956. اشتهر بإسهاماته في نظرية الجاذبية الكمومية، وهي محاولة لحل مشكلة توحيد النسبية العامة لأينشتاين وفيزياء الكم.

عمل روفيلي في نظرية الحلقة منذ الثمانينيات ونشر العديد من المقالات والكتب حول هذا الموضوع، بما في ذلك "الجاذبية الكمية" (2004) و "الجاذبية الكمية المتغيرة للحلقة: مقدمة أولية للجاذبية الكمية ونظرية سبينفوم" (2014).

بالإضافة إلى مساهماته في الفيزياء النظرية، يُعرف روفيلي أيضًا بعمله في تعميم العلوم. نشر العديد من الكتب التي تستهدف جمهورًا أوسع، بما في ذلك "سبعة دروس موجزة في الفيزياء" (2014) و "الواقع ليس ما يبدو" (2016)، والتي كانت من أكثر الكتب مبيعًا على مستوى العالم.

يعمل روفيلي حاليًا كأستاذ في جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا ويواصل العمل على نظرية الجاذبية الكمية الحلقية وغيرها من الأسئلة الأساسية في الفيزياء النظرية.

***

د. جواد بشارة